Die Verschlüsselung des gesprochenen Worts Delilah: Alan Turings geheime Sprachverschlüsselungs-Maschine

Alan Turing ist nicht nur als der Vater der modernen Informatik bekannt – seine bahnbrechenden Arbeiten in der Kryptografie sind ebenso legendär. Wir werfen einen Blick auf die weniger bekannten Kapitel seines Lebens: vom Knacken der Enigma bis zu seinem geheimen Projekt Delilah, einer Sprachverschlüsselungs-Maschine.

Über das Leben des Mathematikers, Logikers und Informatikers Alan Turing, der von 1912 bis 1954 lebte, hatten wir bereits einige interessante und wichtige Fakten zusammengefasst. Wir thematisierten auch den tragischen Verlauf von Alan Turings Leben. Aufgrund seiner Homosexualität wurde er zu einer Zeit strafrechtlich verfolgt, als solche Beziehungen noch gesetzlich geahndet wurden. Als Teil der Strafe unterzog man ihn einer chemischen Kastration, woraufhin er Hormonpräparate einnehmen musste. Diese belastenden Erfahrungen trugen wahrscheinlich zu seiner späteren Depression bei, und es wird vermutet, dass er sich das Leben nahm.

Auf wissenschaftlicher Ebene hat er trotz seines frühen Todes viel erreicht – im Bereich der Informatik sind vorwiegend seine Turing-Maschine sowie der Turing-Test besonders einflussreich. Letzterer dient dazu, einzuschätzen, ob eine Maschine eine dem Menschen ähnliche Intelligenz vorweisen kann. Was aber erst in den 1970er-Jahren nach Aufhebung der Geheimhaltung bekannt wurde, waren Turings Arbeiten zum Thema Kryptografie für das britische Militär im Zweiten Weltkrieg. Genau hier setzen wir in unserem Artikel an und schildern zuerst seine bekannteste Arbeit, durch die die deutsche Verschlüsselungsmaschine Enigma geknackt werden konnte. Wir gehen aber insbesondere auf das Projekt Delilah an, ein nicht so bekanntes Kapitel von Turings Kryptografie-Arbeit, bei dem es um Sprachverschlüsselung ging.

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Turing knackt Enigma

Alan Turing war maßgeblich daran beteiligt, das Kodierungs-Konzept hinter der deutschen Verschlüsselungsmaschine Enigma überhaupt erst zu verstehen. Dadurch war es den Briten schließlich möglich, eine Maschine mit dem Namen Turing-Bomb zu bauen, die etliche verschiedene Enigma-Schlüssel kreieren konnte. Diese Schlüssel testete man dann durch das Ausschlussverfahren an abgefangenen, verschlüsselten Nachrichten und konnte diese damit entschlüsseln, was einen großen strategischen Vorteil einbrachte.

Ein Meilenstein war dabei die Tatsache, dass die Deutschen morgens stets eine verschlüsselte Nachricht sendeten, bei der Turing ein sich stets am Anfang der Nachricht wiederholendes Element erkannte. Er vermutete, dass es sich um das Wort „Wetterbericht“ handeln könnte, baute auf diese Theorie hin dann seine mathematischen Analysen für das Verständnis der Enigma-Verschlüsselung auf und hatte damit Erfolg. Doch Alan Turing war nicht nur damit beschäftigt, feindliche Code-Systeme zu knacken. Vielmehr sollte er ebenfalls dafür sorgen, dass die britische respektive die alliierte Kommunikation auf eine Art und Weise verschlüsselt werden kann, die für die Deutschen im besten Fall nicht zu knacken sein sollte.

Ein Projekt in diesem Zusammenhang ist lange, auch nach Ende der Geheimhaltung von Turings Kryptografie-Bemühungen, unter dem Radar gelaufen. Es zeigt aber Alan Turings Begabung rund um das, was man heute Computertechnik nennen würde – die Rede ist vom anfangs erwähnten Projekt Delilah, einer Sprachverschlüsselungs-Maschine.

Sigsaly – die wahrlich große Delilah-Schwester

Im Zweiten Weltkrieg konnte man, was die Kommunikation angeht, nur telegrafische Nachrichten, also Text, verschlüsseln. Eine Ausnahme war ab dem Jahr 1943 eine Sprachverschlüsselung mit dem Namen Sigsaly, die aber sehr aufwendig herzustellen war. Schon allein wegen der Größe, denn es handelte sich bei dem Gerät um mehrere mit Elektronik bestückte Schränke und eine Bedienkonsole; mit einem Gewicht von mehr als 50 Tonnen war Sigsaly für eine verbreitete Nutzung in der normalen Armee oder Marine gänzlich ungeeignet.

Sigsaly wurde daher unter anderem für die Kommunikation zwischen der britischen und der US-amerikanischen Regierung an zwölf ausgewählten Orten der Welt gebaut. Hätte man Sprache zur damaligen Zeit mit einem Gerät verschlüsseln können, das vergleichsweise klein und günstig war, wäre dies also ein riesiger Vorteil gewesen, auch da die Gegenseite ihre Bemühungen zur Entschlüsselung auf Text-Dechiffrierung konzentrierte und man für das Knacken einer Sprachverschlüsselung die komplette Technik dahinter erst hätte identifizieren müssen.

Die Briten beauftragten folgerichtig ihren begabtesten Mathematiker, nämlich Alan Turing, eine solche Maschine zu entwickeln. Alan Turing wurde hierzu in die USA geschickt, um dort mit Chiffre-Experten verschiedene Verschlüsselungssysteme unter die Lupe zu nehmen und zu lernen, was diese Systeme ausmachte. Er arbeitete dabei in der Endphase der Entwicklung auch an Sigsaly mit, zusammen mit anderen bekannten Wissenschaftlern wie dem Elektroingenieur Harry Nyquist.

Sigsaly. Die Maschine grenzte zunächst den Frequenzbereich des Sprachsignals ein, sodass von der zu verschlüsselnden Sprache nur Töne von 150 bis 2.950 Hertz verwendet wurden. Diese Frequenzen wurden dann in zwölf Blöcke mit unterschiedlichen Frequenzbereichen aufgesplittet und digitalisiert. Bis hierhin handelte es sich um einen Vocoder, also ein Gerät, das die Sprache digital aufteilt, um sie über analoge Wege zu verschicken und am Ende wieder zusammenzufügen. Die Verschlüsselung bestand nun darin, den zwölf Signalen jeweils ein modular erzeugtes Signal hinzuzufügen, das als Schlüssel diente. Das Signal, also der Schlüssel, wurde im Vorfeld zufällig und nicht nach einem bestimmten Algorithmus erstellt. Die gewünschten Gesprächsteilnehmer bekamen diesen Schlüssel in Form einer Schallplatte – wer ein Exemplar erhalten hatte, verwendete es nur einmal für den vorhandenen Sigsaly-Apparat und vernichtete es dann.

Report aus dem Jahr 1944 zum Projekt Delilah

Nachdem Alan Turing schließlich nach Großbritannien zurückgekehrt war, arbeitete er an seiner eigenen Idee für eine Sprachverschlüsselungsmaschine. Diese Maschine sollte prinzipiell wie Sigsaly funktionieren, aber durch eine kleine Bauweise und möglichst wenige Bauteile für den Masseneinsatz geeignet sein. Dem Projekt gab er den Namen Delilah (im Deutschen „Delila“), der aus dem Hebräischen stammt und so viel wie „Die Sanfte“ bedeutet. Es könnte aber auch ein Querverweis auf die biblische Figur Delila sein, die den Helden Samson erfolgreich täuschen und seinen Feinden übergeben konnte.

Im Mai 1943 begann Alan Turing offiziell mit der Entwicklung von Delilah. Ein Report von ihm stammt vom 6. Juni 1944 und fasst viele Details rund um den damaligen Entwicklungsstand zusammen. Turing schilderte, dass er zusammen mit seinem Team bereits eine „Combining Unit“ entwickelt hatte, die den Ver- und auch Entschlüsselungsvorgang durchführen kann. Welche Aufgabe die Einheit jeweils aktuell erfüllen sollte, wurde durch eine Schalterposition vom Nutzer festgelegt. Das Gerät hatte eine Größe von gerade einmal etwa 25 mal 20 mal 12,5 Zentimetern, und es waren sieben elektronische Röhren darin untergebracht. Größe und Simplizität waren für eine mögliche massenhafte Produktion wichtig, denn möglichst viele Kriegsschiffe, Stützpunkte und auch viele Flugzeuge und sogar Panzer hätten vermutlich ein solches System erhalten. Turing stellte im Report klar, dass die beschriebene Funktionsfähigkeit zwar schon zwei bis drei Monate früher erreicht werden könne, dann aber bei doppeltem Platzbedarf.

Nötiges Feintuning für Delilah

Was im Juni 1944 laut Turings Report noch fehlte, war ein Gerät, das neue Schlüssel für die Chiffrierung erstellen konnte. Die Entwicklung einer solchen Einheit sah Turing als den wichtigsten Punkt für die weitere Arbeit an und rechnete mit einem Zeitaufwand von sechs bis neun Monaten. Ein weiterer Punkt im Entwicklungsplan war die Sprachverständlichkeit, mit der Turing nicht zufrieden war – er schlug hier das Erweitern des Frequenzspektrums vor, sodass auch höhere Töne besser zur Geltung kämen. Außerdem schlug er eine Entstöreinheit vor, die prinzipiell einer Art Tiefpassfilter entspricht. Vor allem tiefere Frequenzen sind das, was die Sprachverständlichkeit erschweren kann. In seinem Bericht schildert Alan Turing dann auch noch seinen Vorschlag, wie die Schlüsselerstellung für Delilah funktionieren könnte.

Wegen der absehbaren Probleme bei einer möglichen Übertragung eines kurzen Schlüssels verwarf Turing diese Idee und schlug einen täglich wechselnden, periodischen Schlüssel vor, der insgesamt eine Länge von acht Minuten hätte, wobei 10 hoch 25 verschiedene Schlüssel möglich seien. Da allein das Erstellen und Empfangen des Schlüssels recht aufwendig seien, schlug Turing vor, bei weniger sicherheitssensiblen Kommunikationswegen, zum Beispiel zwischen zwei Flugzeugen innerhalb eines Geschwaders, eine einfachere Form des Schlüssels zu verwenden.

Weltkriegsende bedeutet das Delilah-Aus

Vor der Fertigstellung von Delilah hatte Alan Turing in seinem Labor mit seinen Mitarbeitern schließlich insgesamt bereits die zwei Hauptapparate: die Combining Unit, von der zwei Exemplare vorgesehen waren (jeweils eines für De- und Encodierung), sowie eine Einheit für den Schlüssel. Zusammen wogen die drei Geräte weniger als 40 Kilogramm. Vom Grundprinzip her funktionierte Delilah ähnlich wie Sigsaly und splittete das Sprachsignal in mehrere Frequenzbereiche auf. Den einzelnen Signalen wurden dann die vom zufällig erstellten Schlüssel erzeugten Modulationen zugefügt.

Zum Enkodieren benötigte der Empfänger den Schlüssel, und die Ergebnisse waren in der letzten Phase zwar von Störgeräuschen begleitet, aber qualitativ trotzdem äußerst zufriedenstellend. Bevor Delilah endgültig serienreif war, wurde das Projekt allerdings wegen des Endes des Zweiten Weltkriegs überflüssig. Zumindest war dem Staat ein solches Verschlüsselungsgerät nicht mehr wichtig genug, um die Weiterentwicklung zu finanzieren. Legendär ist in diesem Zusammenhang ein Zitat Alan Turings, der offenbar viele Details zu seiner Idee für sich behalten hatte. Denn als die Nachricht des Kriegsendes sein Labor erreichte und sein Assistent Donald Bayley ihn fragte, ob Turing ihm nun ja alle Details verraten könne, weil ja jetzt Friedenszeiten seien, antwortete Alan Turing nur „Don’t be so bloody silly“, frei übersetzt: „Sei nicht so verdammt töricht.“ (sb)

Dieser Beitrag ist ursprünglich auf unserem Partnerportal ELEKTRONIKPRAXIS erschienen.

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